预习报告 通信原理 实验一
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4、 查阅相关资料，解释软件无线电（ SDR）的含义，并举例介绍其在现代通信系
统中的应用。 软件定义的无线电(Software Defined Radio， SDR) 是一种无线电广播通信技术， 它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。频带、空中接口协议和功能 可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。
2、 本实验系统中，无线信道传输包括哪些模块？画出系统框图。各模块的主要功
能是什么？ 根据实验系统无线信道传输过程，信号流程为：用户电话接口 1→话音编码 1→ 汉明纠错编码→信道调制→加噪信道→信道解调→汉明译码→话音解码 2→用户电 话接口 2。 可知模块及框图如下：
电话 1模块 PCM/ADPCM CVSD模块 汉明编码 模块 调制 模块
噪声模块 加噪信道
电话 2模块
PCM/ADPCM CVSD模块
汉明译码 模块
解调 模块
电话 1、电话 2 模块：分别是信源与信宿，提供信息，接收信息 PCM/ADPCM/CVSD 模块：信源编码与解码模块，对语音信号，进行压缩/解压缩算 法。 汉明编码、汉明译码模块：信道编码与信道译码，线性分组码，通过增加冗余，
FSK（Frequency-shift keying，频移键控）是信息传输中使用得较早的一种调 制 方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数 据传输中得到了广泛的应用。最常见的是用两个频率承载二进制 1 和 0 的双频 FSK 系统。 MSK，最小频移键控(Minimum Shift Keying)是一种特殊的连续相位的频移键控 (CPFSK)。 其最大频移为比特速率的 1/4， 即 MSK 是调制系数为 0.5 的连续相位的 FSK。 其特点是：一是信号能量的 99.5%被限制在数据传输速率的 1.5 倍的带宽内。谱密 度随频率（远离信号带宽中心）倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位 FSK 信号 的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK 信号在带外产生的干扰非常小。这 正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。二是信号包络是恒定的，系统可以使用 廉价高效的非线性器件。 BPSK (Binary Phase Shift Keying)二进制相移键控，是把模拟信号转换成数据值 的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK 使 用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为 0，另一方为 1，从而可以同时传送 接受 2 值(1 比特)的信息。 具有倒π 现象，虽抗噪声较强但传送效率差。 DBPSK（差分二进制移相键控）方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表 示数字信息的一种方式。即用前后两个码元之间相差来表示码元的值“0”和“1” 。 例如，假设相差值“π ”表示符号“1” ，相差为“0”表示符号“0。可以看出 2DPSK 的波形与 BPSK 的不同， 他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号， 而前后码元 相对相位差才表示信息符号。这说明，解调 2DPSK 信号是并不依赖于某一固定的载 波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则只要鉴别这个相差关系就 可正确恢复数字信息，这就避免了 BPSK 中的倒π 现象发生。 GMSK，高斯最小频移键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying） ，这是 GSM 系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字蜂窝移动通信系统空中接口的 重要组成部分。GMSK 调制是在 MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调 制滤波器这样一种调制方式。GMSK 提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。 QAM 是 Quadrature Amplitude Modulation 的缩写， 中文译名为 “正交振幅调制” ， 其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。QAM 是正交载波调制技术与多电 平振幅键控的结合。与其它调制技术相比,QAM 编码具有能充分利用带宽、抗噪声能 力强等优点。
信号解复接 模块
百度文库
线路码解码
电话 1、电话 2 模块：分别是信源与信宿，提供信息，接收信息 ADPCM 模块：信源编码与解码模块，自适应差分脉冲编码调制方式，主要针对语 音 信号，提供压缩/解压缩算法。 线路码编码/解码模块： 将码序列转换为适合基带信道传输的码序列， 减少线路码频 谱中高频信号，并便于从接收端提取符号同步信号。 信号复接/解复接模块：将多个数字低速信号合并为一路高速信号（将一路信号 分接为多路信号）
山东大学·通信原理实验·预习报告
增强通信可靠性。 调制、解调模块：数字基带信号与数字频带信号的转换。调制是为了将基带信号转 变为适合信道传输的带通信号，解调是为了将带通信号还原成基带信号，以获取信 息。 噪声模块：产生高斯白噪声，以模拟 AWGN 信道。
3、 本实验系统中，有线信道传输包括哪些模块？画出系统框图。各模块的主要功
FPGA：Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列 DTMF：Dual Tone Multi Frequency，双音多频，由高频群和低频群组成，高低频 群各包含 4 个频率。 PCM：脉冲编码调制(Pulse Code Modulation) ADPCM:Adaptive Differential Pulse Code Modulation,自适应差分脉冲编码调制 CVSD:Continuous Variable Slope Delta Modulation (CVSD)连续可变斜率增量调制 语音编码 PAM：脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation） DSP：Digital Signal Processing，数字信号处理 A/D：模数转换，Analog to Digital D/A：数模转换，Digital to Analog HDB3:三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of Order 3）是一种适用于基带 传输的编码方式 CMI:Coded Mark Inversion 码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种 双极性二电平码。 BPSK:Binary Phase Shift Keying---二进制相移键控
山东大学·通信原理实验·预习报告
已经被成功的应用于 9.6kbps—64kbps。在 9.6kbps 音频质量不是特别的好，但是 不影响理解。在 24kbps 到 48kbps，语音质量已经很容易接受。高于 48kbps 时，性 能达到了 Toll Quality 的级别。
6、 本实验系统中，调制解调包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。
山东大学·通信原理实验·预习报告
TD－SCDMA 是唯一明确将智能天线和高速数字调制技术设计在标准中， 明确用软 件无线电技术来实施的标准。
5、 本实验系统中，语音编码包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。
ADPCM，自适应差分脉冲编码调制。特性：综合了 APCM 的自适应特性和 DPCM 系 统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是： ① 利用自适应的思想改变量化阶的大小， 即使用小的量化阶(step-size)去编码 小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； ② 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之 间 的差值总是最小。 优点：算法复杂度低，压缩比大（CD 音质>400kbps） ，编解码延时最短（相对其 它 技术） 缺点：声音质量一般 PCM （脉冲编码调制）是 Pulse Code Modulation 的缩写。脉冲编码调制是数字 通 信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样， 使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二 进制码来表示抽样脉冲的幅值。 脉冲编码调制(Pulse Code Modulation)是最常用、最简单的波形编码。它是一 种直接、简单地把语音经抽样、A/D 转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法， 是其他编码算法的基础。 PCM 的优点就是音质好，缺点就是体积大。 CVSD，连续可变斜率增量调制，基本原理是采用自适应方法使量阶Δ 的大小随输入 信号的统计特性变化而跟踪变化。如量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩Δ M， 记作 ADM。若量阶Δ 随音节时间间隔（5 一 20ms）中信号平均斜率变化，则称为连 续可变斜率增量调制，记作 CVSD。由于这种方法中信号斜率是根据码流中连“1” 或连“0”的个数来检测的，所以又称为数字检测、音节压扩的自适应增量调制，简 称数字压扩增量调制。 CVSD 的特性很适合语音数字编码。由于采用 1bit 量化，避免了复杂的帧结构。 有很好的检测误码和纠错的性能。其他的语音编码方案则需要有数字信号处理器和 外部模数数模转换器来对模拟信号进行数字转换。 整个 CVSD 编解码算法， 包括了输 入输出滤波器，可以继承在单硅片里。尽管结构简单，CVSD 却有足够的复杂度用来 在安全应用领域进行数字加密。最后，CVSD 可以在很宽的速率范围内工作——CVSD
预 习 报 告
课程名称： 通信原理实验 课题名称： 实验一 模拟锁相环
专业班级: 14 通信工程 一班 实验成员: 吕传磊
山东大学·通信原理实验·预习报告
硬件实验 回答预习问题
1、 通信原理实验系统由哪些部分组成？
显示控制模块、FPGA 初始化模块、信道接口模块、DSP+FPGA 处理模块、D/A 模块、中频调制模块、中频解调模块、A/D 模块、测试模块、汉明编码模块、汉明 译码模块、噪声模块、电话接口（1、2）模块、双音多频 DTMF（1、2）模块、PAM 模块、ADPCM（1、2）模块、CVSD 发模块、CVSD 收模块、帧传输复接模块、帧 传输解复接模块、AMI/HDB3 码模块、CMI 编码模块、CMI 译码模块、模拟锁相环 模块、数字锁相环模块、现代调制技术模块等。
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FSK:Frequency-shift keying，频移键控 DBPSK：Differential binary phase shift keying 差分二进制移相键控 TDM：Time Division Multiplexing，时分复用模式。时分复用是指一种通过不同 信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音 和视频信号等的技术 FDM：Frequency Division Multiplexing，频分多路复用，就是指用不同频率传送 各路消息，以实现多路通信 CDMA：Code Division Multiple Access，又称码分多址，CDMA 技术的原理是基 于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带 宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出 去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号 换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
能是什么？ 根据实验系统有线信道传输过程，信号流程为：用户电话接口 2→话音编码 2→ 信 道复接→线路编码（HDB3/CMI）→线路译码→信道解复接→话音解码 1→用户电 话接口 1。 可知模块及框图如下：
电话 1模块 PCM/ADPCM CVSD模块 信号复接 模块 线路码编码
电话 2模块
PCM/ADPCM CVSD模块
8、 在通信系统中，锁相环的作用是什么？
同步在电信网中是一个十分重要的概念。同步的种类很多，有时钟同步、比特同 步 等等，其最终目的使本地时钟源锁定在另一个参考时钟源上，如果所有的终端均采 用这种方式，则将以统一步调进行工作。同步的技术基础是锁相，因而锁相技术是 通信中最重要的技术之一。
9、解释以下英文缩写的含义，给出英文全称：
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7、 本实验系统中，线路编码包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。
AMI 码，极性交替翻转码，将二元码变换为三元码，并引入相关性，用以改变信 号 波形的功率谱结构，但容易使时钟提取困难。 HDB3 码，三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of Order 3）是一种适 用于基带传输的编码方式，它是为了克服 AMI 码的缺点而出现的，具有能量分散， 抗破坏性强等特点。HDB3 码将 4 个连续的“0”位元取代成“000V”或“B00V” 。 CMI（Coded Mark Inversion）码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是 一种双极性二电平码。其编码规则是“1”码交替用“11”和“00”两位码表示； “0” 码固定地用“01”表示。CMI 码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于 10 为 禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可以用来宏观检错。
统中的应用。 软件定义的无线电(Software Defined Radio， SDR) 是一种无线电广播通信技术， 它基于软件定义的无线通信协议而非通过硬连线实现。频带、空中接口协议和功能 可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。
2、 本实验系统中，无线信道传输包括哪些模块？画出系统框图。各模块的主要功
能是什么？ 根据实验系统无线信道传输过程，信号流程为：用户电话接口 1→话音编码 1→ 汉明纠错编码→信道调制→加噪信道→信道解调→汉明译码→话音解码 2→用户电 话接口 2。 可知模块及框图如下：
电话 1模块 PCM/ADPCM CVSD模块 汉明编码 模块 调制 模块
噪声模块 加噪信道
电话 2模块
PCM/ADPCM CVSD模块
汉明译码 模块
解调 模块
电话 1、电话 2 模块：分别是信源与信宿，提供信息，接收信息 PCM/ADPCM/CVSD 模块：信源编码与解码模块，对语音信号，进行压缩/解压缩算 法。 汉明编码、汉明译码模块：信道编码与信道译码，线性分组码，通过增加冗余，
FSK（Frequency-shift keying，频移键控）是信息传输中使用得较早的一种调 制 方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数 据传输中得到了广泛的应用。最常见的是用两个频率承载二进制 1 和 0 的双频 FSK 系统。 MSK，最小频移键控(Minimum Shift Keying)是一种特殊的连续相位的频移键控 (CPFSK)。 其最大频移为比特速率的 1/4， 即 MSK 是调制系数为 0.5 的连续相位的 FSK。 其特点是：一是信号能量的 99.5%被限制在数据传输速率的 1.5 倍的带宽内。谱密 度随频率（远离信号带宽中心）倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位 FSK 信号 的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK 信号在带外产生的干扰非常小。这 正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。二是信号包络是恒定的，系统可以使用 廉价高效的非线性器件。 BPSK (Binary Phase Shift Keying)二进制相移键控，是把模拟信号转换成数据值 的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK 使 用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为 0，另一方为 1，从而可以同时传送 接受 2 值(1 比特)的信息。 具有倒π 现象，虽抗噪声较强但传送效率差。 DBPSK（差分二进制移相键控）方式是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表 示数字信息的一种方式。即用前后两个码元之间相差来表示码元的值“0”和“1” 。 例如，假设相差值“π ”表示符号“1” ，相差为“0”表示符号“0。可以看出 2DPSK 的波形与 BPSK 的不同， 他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号， 而前后码元 相对相位差才表示信息符号。这说明，解调 2DPSK 信号是并不依赖于某一固定的载 波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则只要鉴别这个相差关系就 可正确恢复数字信息，这就避免了 BPSK 中的倒π 现象发生。 GMSK，高斯最小频移键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying） ，这是 GSM 系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字蜂窝移动通信系统空中接口的 重要组成部分。GMSK 调制是在 MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调 制滤波器这样一种调制方式。GMSK 提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。 QAM 是 Quadrature Amplitude Modulation 的缩写， 中文译名为 “正交振幅调制” ， 其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。QAM 是正交载波调制技术与多电 平振幅键控的结合。与其它调制技术相比,QAM 编码具有能充分利用带宽、抗噪声能 力强等优点。
信号解复接 模块
百度文库
线路码解码
电话 1、电话 2 模块：分别是信源与信宿，提供信息，接收信息 ADPCM 模块：信源编码与解码模块，自适应差分脉冲编码调制方式，主要针对语 音 信号，提供压缩/解压缩算法。 线路码编码/解码模块： 将码序列转换为适合基带信道传输的码序列， 减少线路码频 谱中高频信号，并便于从接收端提取符号同步信号。 信号复接/解复接模块：将多个数字低速信号合并为一路高速信号（将一路信号 分接为多路信号）
山东大学·通信原理实验·预习报告
增强通信可靠性。 调制、解调模块：数字基带信号与数字频带信号的转换。调制是为了将基带信号转 变为适合信道传输的带通信号，解调是为了将带通信号还原成基带信号，以获取信 息。 噪声模块：产生高斯白噪声，以模拟 AWGN 信道。
3、 本实验系统中，有线信道传输包括哪些模块？画出系统框图。各模块的主要功
FPGA：Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列 DTMF：Dual Tone Multi Frequency，双音多频，由高频群和低频群组成，高低频 群各包含 4 个频率。 PCM：脉冲编码调制(Pulse Code Modulation) ADPCM:Adaptive Differential Pulse Code Modulation,自适应差分脉冲编码调制 CVSD:Continuous Variable Slope Delta Modulation (CVSD)连续可变斜率增量调制 语音编码 PAM：脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation） DSP：Digital Signal Processing，数字信号处理 A/D：模数转换，Analog to Digital D/A：数模转换，Digital to Analog HDB3:三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of Order 3）是一种适用于基带 传输的编码方式 CMI:Coded Mark Inversion 码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种 双极性二电平码。 BPSK:Binary Phase Shift Keying---二进制相移键控
山东大学·通信原理实验·预习报告
已经被成功的应用于 9.6kbps—64kbps。在 9.6kbps 音频质量不是特别的好，但是 不影响理解。在 24kbps 到 48kbps，语音质量已经很容易接受。高于 48kbps 时，性 能达到了 Toll Quality 的级别。
6、 本实验系统中，调制解调包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。
山东大学·通信原理实验·预习报告
TD－SCDMA 是唯一明确将智能天线和高速数字调制技术设计在标准中， 明确用软 件无线电技术来实施的标准。
5、 本实验系统中，语音编码包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。
ADPCM，自适应差分脉冲编码调制。特性：综合了 APCM 的自适应特性和 DPCM 系 统的差分特性，是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是： ① 利用自适应的思想改变量化阶的大小， 即使用小的量化阶(step-size)去编码 小的差值，使用大的量化阶去编码大的差值； ② 使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值，使实际样本值和预测值之 间 的差值总是最小。 优点：算法复杂度低，压缩比大（CD 音质>400kbps） ，编解码延时最短（相对其 它 技术） 缺点：声音质量一般 PCM （脉冲编码调制）是 Pulse Code Modulation 的缩写。脉冲编码调制是数字 通 信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样， 使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二 进制码来表示抽样脉冲的幅值。 脉冲编码调制(Pulse Code Modulation)是最常用、最简单的波形编码。它是一 种直接、简单地把语音经抽样、A/D 转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法， 是其他编码算法的基础。 PCM 的优点就是音质好，缺点就是体积大。 CVSD，连续可变斜率增量调制，基本原理是采用自适应方法使量阶Δ 的大小随输入 信号的统计特性变化而跟踪变化。如量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩Δ M， 记作 ADM。若量阶Δ 随音节时间间隔（5 一 20ms）中信号平均斜率变化，则称为连 续可变斜率增量调制，记作 CVSD。由于这种方法中信号斜率是根据码流中连“1” 或连“0”的个数来检测的，所以又称为数字检测、音节压扩的自适应增量调制，简 称数字压扩增量调制。 CVSD 的特性很适合语音数字编码。由于采用 1bit 量化，避免了复杂的帧结构。 有很好的检测误码和纠错的性能。其他的语音编码方案则需要有数字信号处理器和 外部模数数模转换器来对模拟信号进行数字转换。 整个 CVSD 编解码算法， 包括了输 入输出滤波器，可以继承在单硅片里。尽管结构简单，CVSD 却有足够的复杂度用来 在安全应用领域进行数字加密。最后，CVSD 可以在很宽的速率范围内工作——CVSD
预 习 报 告
课程名称： 通信原理实验 课题名称： 实验一 模拟锁相环
专业班级: 14 通信工程 一班 实验成员: 吕传磊
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硬件实验 回答预习问题
1、 通信原理实验系统由哪些部分组成？
显示控制模块、FPGA 初始化模块、信道接口模块、DSP+FPGA 处理模块、D/A 模块、中频调制模块、中频解调模块、A/D 模块、测试模块、汉明编码模块、汉明 译码模块、噪声模块、电话接口（1、2）模块、双音多频 DTMF（1、2）模块、PAM 模块、ADPCM（1、2）模块、CVSD 发模块、CVSD 收模块、帧传输复接模块、帧 传输解复接模块、AMI/HDB3 码模块、CMI 编码模块、CMI 译码模块、模拟锁相环 模块、数字锁相环模块、现代调制技术模块等。
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FSK:Frequency-shift keying，频移键控 DBPSK：Differential binary phase shift keying 差分二进制移相键控 TDM：Time Division Multiplexing，时分复用模式。时分复用是指一种通过不同 信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音 和视频信号等的技术 FDM：Frequency Division Multiplexing，频分多路复用，就是指用不同频率传送 各路消息，以实现多路通信 CDMA：Code Division Multiple Access，又称码分多址，CDMA 技术的原理是基 于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带 宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出 去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号 换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
能是什么？ 根据实验系统有线信道传输过程，信号流程为：用户电话接口 2→话音编码 2→ 信 道复接→线路编码（HDB3/CMI）→线路译码→信道解复接→话音解码 1→用户电 话接口 1。 可知模块及框图如下：
电话 1模块 PCM/ADPCM CVSD模块 信号复接 模块 线路码编码
电话 2模块
PCM/ADPCM CVSD模块
8、 在通信系统中，锁相环的作用是什么？
同步在电信网中是一个十分重要的概念。同步的种类很多，有时钟同步、比特同 步 等等，其最终目的使本地时钟源锁定在另一个参考时钟源上，如果所有的终端均采 用这种方式，则将以统一步调进行工作。同步的技术基础是锁相，因而锁相技术是 通信中最重要的技术之一。
9、解释以下英文缩写的含义，给出英文全称：
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7、 本实验系统中，线路编码包括哪些方式？简要介绍各种方式的实现过程和特点。
AMI 码，极性交替翻转码，将二元码变换为三元码，并引入相关性，用以改变信 号 波形的功率谱结构，但容易使时钟提取困难。 HDB3 码，三阶高密度双极性码（High Density Bipolar of Order 3）是一种适 用于基带传输的编码方式，它是为了克服 AMI 码的缺点而出现的，具有能量分散， 抗破坏性强等特点。HDB3 码将 4 个连续的“0”位元取代成“000V”或“B00V” 。 CMI（Coded Mark Inversion）码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是 一种双极性二电平码。其编码规则是“1”码交替用“11”和“00”两位码表示； “0” 码固定地用“01”表示。CMI 码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于 10 为 禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可以用来宏观检错。